(57)【要約】  個人用音響デバイスを制御する方法は、個人用音響デバイスのイヤピース上に配置されるマイクロホンに入射する音響信号に応答して第1の電気信号を発生させるステップを含む。第1の電気信号およびイヤピース内のスピーカに与えられる第2の電気信号に基づく伝達関数の特性が決定される。個人用音響デバイスの動作状態は、伝達関数の特性から決定される。動作状態は、イヤピースがユーザの耳の近くに位置する第1の状態およびイヤピースがユーザの耳の近くにない第2の状態を含む。使用されてもよいマイクロホンの例は、音響雑音低減回路内のフィードバックおよびフィードフォワードマイクロホンを含む。
2019537367.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人用音響デバイスを制御する方法であって、
前記個人用音響デバイスのイヤピース上に配置されるマイクロホンに入射する音響信号に応答して第1の電気信号を発生させるステップと、
前記第1の電気信号および前記イヤピース内のスピーカに与えられる第2の電気信号に基づいて伝達関数の特性を決定するステップと、
前記伝達関数の前記特性に基づいて前記個人用音響デバイスの動作状態を決定するステップであって、前記動作状態は、少なくとも、前記イヤピースがユーザの耳の近くに位置する第1の状態および前記イヤピースが前記耳の近くにない第2の状態を含む、ステップとを含む、個人用音響デバイスを制御する方法。
【請求項２】
前記マイクロホンは、前記イヤピースが前記ユーザの前記耳の近くに位置するとき、前記マイクロホンが、前記イヤピースと、前記ユーザの頭部または前記ユーザの前記耳のうち少なくとも一方とによって形成される音響空洞内にあるように前記イヤピース上の場所に配置される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記マイクロホンは、前記マイクロホンが、前記イヤピースの外部の環境に音響的に結合されるように前記イヤピース上の場所に配置される、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記伝達関数の前記特性は、1つまたは複数の所定の周波数における前記伝達関数の大きさである、請求項1に記載の方法。
【請求項５】
前記伝達関数の前記特性は、予め定義された周波数範囲にわたるパワースペクトルである、請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記伝達関数の前記特性は、所定の周波数における前記伝達関数の位相である、請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の周波数は、約1.5KHzである、請求項4に記載の方法。
【請求項８】
前記第2の電気信号は、トーンを含む、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記トーンは、20Hz未満である、請求項8に記載の方法。
【請求項１０】
前記トーンは、約5Hzから約300Hzの周波数範囲にある、請求項8に記載の方法。
【請求項１１】
前記トーンは、約300Hzから約1KHzの周波数範囲にある、請求項8に記載の方法。
【請求項１２】
前記第2の電気信号は、約1.5KHzにおけるトーンを含む、請求項6に記載の方法。
【請求項１３】
前記第2の電気信号は、オーディオコンテンツ信号を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１４】
前記第2の電気信号を発生させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１５】
前記第1の電気信号を発生させる前記ステップおよび前記伝達関数の前記特性を決定する前記ステップは、一対のイヤピースのうちの各イヤピースについて行われ、前記個人用音響デバイスの前記動作状態を決定する前記ステップは、前記イヤピースの前記伝達関数の前記特性を比較するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１６】
前記個人用音響デバイスの前記動作状態の前記決定が、前記動作状態の変化を示すとき、前記個人用音響デバイスまたは前記個人用音響デバイスと通信するデバイスの動作を開始するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１７】
前記動作を開始するステップは、前記個人用音響デバイスまたは前記個人用音響デバイスと通信するデバイスの電力状態を変えるステップ、能動的雑音低減状態を変えるステップおよびオーディオ出力状態を変えるステップのうち少なくとも1つを含む、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記イヤピースは、インイヤ型ヘッドホン、オンイヤ型ヘッドホンまたはアラウンドイヤ型ヘッドホンの1つである、請求項1に記載の方法。
【請求項１９】
マイクロホンを有し、ユーザの頭部または前記ユーザの耳への取り付けのために構成されるイヤピースであって、前記マイクロホンは、前記マイクロホンに入射する音響信号に応答して第1の電気信号を発生させるように構成され、前記イヤピースは、第2の電気信号に応答してオーディオ信号を発生させるように構成されるスピーカを有する、イヤピースと、
前記第1の電気信号を受信するために前記マイクロホンと通信し、前記第2の電気信号を与えるために前記スピーカと通信する制御回路であって、前記制御回路は、
前記第1の電気信号および前記第2の電気信号に基づいて伝達関数の特性を決定し、かつ
前記伝達関数の前記特性に基づいて個人用音響デバイスの動作状態を決定するように構成され、前記動作状態は、少なくとも、前記イヤピースが前記耳の近くに位置する第1の状態および前記イヤピースが前記耳の近くにない第2の状態を含む、制御回路とを備える、個人用音響デバイス。
【請求項２０】
前記マイクロホンは、前記イヤピースが、前記ユーザの前記耳の近くに位置するとき、前記マイクロホンが、前記イヤピースと、前記頭部または前記耳のうち少なくとも一方とによって形成される音響空洞内にあるように前記イヤピース上の場所に配置される、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【請求項２１】
前記マイクロホンは、前記マイクロホンが、前記イヤピースの外部の環境に音響的に結合されるように前記イヤピース上の場所に配置される、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【請求項２２】
前記制御回路は、デジタルシグナルプロセッサを備える、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【請求項２３】
前記マイクロホンは、音響雑音低減回路内のフィードバックマイクロホンである、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【請求項２４】
前記制御回路と通信する電源をさらに備え、前記制御回路はさらに、前記イヤピースの前記動作状態が変わったと決定されるとき、前記個人用音響デバイスの電力状態を変えるように構成される、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【請求項２５】
前記制御回路と通信するデバイスをさらに備え、前記制御回路は、前記イヤピースの前記動作状態が変わったと決定されるという決定に応答して前記デバイスの動作を制御するように構成される、請求項19に記載の個人用音響デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ユーザの耳に対する個人用音響デバイスの少なくとも1つのイヤピースの位置の決定に関する。
【背景技術】
【０００２】
個人用音響デバイスの動作は、位置の決定に従って制御されてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第8,238,567号
【特許文献２】米国特許第8,699,719号
【特許文献３】米国特許出願第15/157,807号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、個人用音響デバイスを制御する方法は、個人用音響デバイスのイヤピース上に配置されるマイクロホンに入射する音響信号に応答して第1の電気信号を発生させるステップを含む。第1の電気信号およびイヤピース内のスピーカに与えられる第2の電気信号に基づく伝達関数の特性が決定され、伝達関数の特性に基づく個人用音響デバイスの動作状態が決定される。動作状態は、少なくともイヤピースがユーザの耳の近くに位置する第1の状態およびイヤピースが耳の近くにない第2の状態を含む。
【０００５】
例は、次の特徴の1つまたは複数を含んでもよい。
【０００６】
マイクロホンは、イヤピースが、ユーザの耳の近くに位置するとき、マイクロホンが、イヤピースと、ユーザの頭部またはユーザの耳のうち少なくとも一方とによって形成される音響空洞内にあるようにイヤピース上の場所に配置されてもよい。マイクロホンは、マイクロホンが、イヤピースの外部の環境に音響的に結合されるようにイヤピース上の場所に配置されてもよい。
【０００７】
伝達関数の特性は、1つまたは複数の所定の周波数における伝達関数の大きさ、予め定義された周波数範囲にわたるパワースペクトルまたは所定の周波数における伝達関数の位相であってもよい。所定の周波数は、約1.5KHzであってもよい。
【０００８】
第2の信号は、トーンを含んでもよい。トーンは、20Hz未満であってもよい。トーンは、約5Hzから約300Hzの周波数範囲内であってもよい。トーンは、約300Hzから約1KHzの周波数範囲内であってもよい。トーンは、約1.5KHzであってもよい。
【０００９】
第2の電気信号は、オーディオコンテンツ信号を含んでもよい。
【００１０】
本方法は、第2の電気信号を発生させるステップをさらに含んでもよい。
【００１１】
第1の電気信号を発生させるステップおよび伝達関数の特性を決定するステップは、一対のイヤピースのうちの各イヤピースについて行われてもよく、個人用音響デバイスの動作状態を決定するステップは、イヤピースの伝達関数の特性を比較するステップをさらに含んでもよい。
【００１２】
本方法は、個人用音響デバイスの動作状態の決定が、動作状態の変化を示すとき、個人用音響デバイスまたは個人用音響デバイスと通信するデバイスの動作を開始するステップをさらに含んでもよい。動作を開始するステップは、個人用音響デバイスまたは個人用音響デバイスと通信するデバイスの電力状態を変えるステップ、能動的雑音低減状態を変えるステップ、およびオーディオ出力状態を変えるステップのうち少なくとも1つを含んでもよい。
【００１３】
イヤピースは、インイヤ型ヘッドホン、オンイヤ型ヘッドホンまたはアラウンドイヤ型ヘッドホンの1つであってもよい。
【００１４】
別の態様によると、個人用音響デバイスは、イヤピースおよび制御回路を含む。イヤピースは、マイクロホンを有し、ユーザの頭部またはユーザの耳への取り付けのために構成される。マイクロホンは、マイクロホンに入射する音響信号に応答して第1の電気信号を発生させるように構成される。イヤピースは、第2の電気信号に応答してオーディオ信号を発生させるように構成されるスピーカを有する。制御回路は、第1の電気信号を受信するためにマイクロホンと通信し、第2の電気信号を与えるためにスピーカと通信する。制御回路は、第1の電気信号および第2の電気信号に基づいて伝達関数の特性を決定するように構成される。制御回路はさらに、伝達関数の特性に基づいて個人用音響デバイスの動作状態を決定するように構成される。動作状態は、少なくともイヤピースが耳の近くに位置する第1の状態およびイヤピースが耳の近くにない第2の状態を含む。
【００１５】
例は、次の特徴の1つまたは複数を含んでもよい。
【００１６】
マイクロホンは、イヤピースが、ユーザの耳の近くに位置するとき、マイクロホンが、イヤピースと、頭部または耳のうち少なくとも一方とによって形成される音響空洞内にあるようにイヤピース上の場所に配置されてもよい。マイクロホンは、マイクロホンが、イヤピースの外部の環境に音響的に結合されるようにイヤピース上の場所に配置されてもよい。
【００１７】
制御回路は、デジタルシグナルプロセッサを含んでもよい。
【００１８】
マイクロホンは、音響雑音低減回路内のフィードバックマイクロホンであってもよい。
【００１９】
個人用音響デバイスは、制御回路と通信する電力源をさらに含んでもよく、制御回路は、イヤピースの動作状態が変わったと決定されるとき、個人用音響デバイスの電力状態を変えるように構成されてもよい。
【００２０】
個人用音響デバイスは、制御回路と通信するデバイスをさらに含んでもよく、制御回路は、イヤピースの動作状態が変わったと決定されるという決定に応答してデバイスの動作を制御するように構成されてもよい。
【００２１】
本発明概念の例の上記の利点およびさらなる利点は、添付の図面と併せて次の記述を参照することによってより良く理解されてもよく、その図面では、類似の数字は、様々な図における類似の構造的要素および特徴を示す。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、代わりに特徴および実装の原理を例示することに重点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】少なくとも1つのイヤピースの配置に従ってオンヘッドまたはオフヘッド動作状態を決定することができる個人用音響デバイスの一例のブロック図である。
【図２Ａ】インイヤ型音響雑音消去ヘッドホンのオンヘッドおよびオフヘッド動作状態についてスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の大きさ特性のグラフ表現である。
【図２Ｂ】インイヤ型音響雑音消去ヘッドホンのオンヘッドおよびオフヘッド動作状態についてスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の位相特性を示す図である。
【図３Ａ】左イヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の位相特性を描写するグラフ表現である。
【図３Ｂ】左イヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の大きさ特性を描写するグラフ表現である。
【図４Ａ】右イヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の位相特性を描写するグラフ表現である。
【図４Ｂ】右イヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する内側マイクロホンの内側信号によって定義される伝達関数の大きさ特性を描写するグラフ表現である。
【図５】インイヤ型音響雑音消去ヘッドホンについて多数ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する外側マイクロホンの外側信号によって定義される伝達関数の位相特性のグラフ表現である。
【図６Ａ】アラウンドイヤ型ヘッドホンの1つのイヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する外側マイクロホンの外側信号によって定義される伝達関数の大きさ特性のグラフ表現である。
【図６Ｂ】アラウンドイヤ型ヘッドホンの1つのイヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する外側マイクロホンの外側信号によって定義される伝達関数の位相特性のグラフ表現である。
【図７】個人用音響デバイスを制御する方法の一例の流れ図表現である。
【図８Ａ】左イヤピースの内側マイクロホンによって発生する内側信号について時間に関する信号電圧の多重プロットを示す図である。
【図８Ｂ】右イヤピースの内側マイクロホンによって発生する内側信号について時間に関する信号電圧の多重プロットを示す図である。
【図９Ａ】図8Aの測定結果と関連するユーザの各々についての内側信号の平均エネルギーの散布図を示す図である。
【図９Ｂ】図8Bの測定結果と関連するユーザの各々についての内側信号の平均エネルギーの散布図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
電子的に提供されるオーディオ(例えば、携帯電話、タブレット、コンピュータ、CDプレーヤ、ラジオまたはMP3プレーヤなどのオーディオソースからのオーディオ)を聴く人々や、所与の環境において不要なまたはおそらくは有害な音から単に音響的に隔離されようとする人々や、双方向通信に参加している人々にとって、これらの機能を行うために個人用音響デバイス(すなわち、ユーザの耳の少なくとも一方の中、上、または周りに位置するように構築されたデバイス)を用いることはありふれたことになっている。電子的に提供されるオーディオを聴くためにヘッドホンまたはヘッドセットの形の個人用音響デバイスを用いる人々にとって、そのオーディオが別個のイヤピースを用いて各耳に別々に音響的に出力されるべく少なくとも2つのオーディオチャンネル(例えば、左および右チャンネルを有するステレオオーディオ)によって提供されることは、ありふれたことである。さらに、デジタル信号処理(DSP)技術の発達は、オーディオのそのような提供を、多数のオーディオチャンネルを必要とする様々な形のサラウンド音響とともに可能にした。不要なまたはおそらくは有害な音から単に音響的に隔離されようとする人々にとって、音響的隔離が、吸音および/または音響反射材料に基づく受動的雑音低減(PNR)技法に加えて、雑音防止音の音響出力に基づく能動的雑音低減(ANR)技法の使用を通じて達成されることは、ありふれたことになっている。さらに、ANRをヘッドホン、ヘッドセット、イヤホン、イヤバッドおよび無線ヘッドセット(「イヤセット」としても知られる)における他のオーディオ機能と組み合わせることは、ありふれたことである。
【００２４】
これらの進歩にもかかわらず、多くの個人用音響デバイスのユーザ安全性および使用の容易さの問題は、未解決のままである。より具体的には、個人用音響デバイスを片方もしくは両方の耳の中、上、もしくは周囲に位置させるとき、またはそれをそこから取り外すとき、通常はユーザによって操作される、個人用音響デバイスに取り付けられるか他の方法で接続される制御部(例えば、電源スイッチ)は、しばしば、ユーザにとって望ましくないほど扱いにくい。制御部の扱いにくい性質はしばしば、制御部の物理的サイズを最小化することによってそのようなデバイスのサイズおよび重量を最小化する必要性から生じる。また、個人用音響デバイスが相互作用する他のデバイスの制御部もしばしば、個人用音響デバイスおよび/またはユーザに対して不便なところにある。さらに、そのような制御部が、個人用音響デバイスによってまたは個人用音響デバイスが相互作用する別のデバイスによって何らかの方法で担持されているどうかにかかわらず、ユーザが、音響デバイスを片方のもしくは両方の耳の中、上、もしくは周囲に位置させるとき、またはそれをそこから取り外すとき、ユーザがこれらの制御部を操作するのを忘れることは、ありふれたことである。
【００２５】
安全性および/または使用の容易さの様々な向上は、ユーザの耳に対する個人用音響デバイスのイヤピースの配置を決定する自動化された能力の提供を通じて実現されてもよい。ユーザの耳の中、上、もしくは周囲への、すなわち「ユーザの耳の近くへの」イヤピースの配置は、以下、「オンヘッド」動作状態と呼ばれてもよい。逆に、イヤピースが、ユーザの耳にない、またはユーザの耳の近くにないようなイヤピースの配置は、以下、「オフヘッド」動作状態と呼ばれてもよい。
【００２６】
イヤピースの動作状態をオンヘッドまたはオフヘッドであると決定するための方法は、開発されている。内側および/または外側信号を分析することによってANR能力を有する個人用音響デバイスについて動作状態を決定するためのある方法は、例えば米国特許第8,238,567号、「Personal Acoustic Device Position Determination」、米国特許第8,699,719号、「Personal Acoustic Device Position Determination」、および米国特許出願第15/157,807号、「On/Off Head Detection of Personal Acoustic Device」に記載され、それらの開示は、全体として参照により本明細書に組み込まれる。オンヘッドからオフヘッドへの、またはオフヘッドからオンヘッドへの動作状態の変化の知識は、異なる目的のために適用されてもよい。例えば、個人用音響デバイスの特徴が、動作状態の変化に従って有効にされまたは無効にされてもよい。具体例では、個人用音響デバイスのイヤピースの少なくとも1つが、オフヘッドになるためにユーザの耳から取り外されたと決定すると、デバイスに供給される電力は、低減されまたは終了されてもよい。このようにして実行される電力制御は、デバイスに電力を供給するために使用される1つまたは複数の電池の充電間のより長い持続時間をもたらすことができ、電池寿命を増加させることができる。オプションとして、1つまたは複数のイヤピースが、ユーザの耳に戻されたという決定は、デバイスに供給される電力を再開するために、または増加させるために使用されてもよい。
【００２７】
以下説明する個人用音響デバイスおよび個人用音響デバイスを制御する方法の例では、例の理解をより容易にするために、一定の専門用語が使用される。本明細書で使用される場合、ヘッドセットは、ユーザの耳の中もしくは周囲に、またはユーザの頭に着用されてもよい少なくとも1つのイヤピースを有する任意のデバイスを意味する。1つまたは複数の「トーン」についての言及がなされ、その場合トーンは、実質的に単一周波数信号を意味する。トーンは、単一周波数のものを超える帯域幅を有してもよく、かつ/または単一周波数の値を含む小さい周波数範囲を含んでもよい。例えば、10Hzトーンは、約10Hzの範囲内に周波数成分を有する信号を含んでもよい。
【００２８】
図1は、音をユーザの耳に向けるようにそれぞれ構成される、2つのイヤピース12Aおよび12Bを有する個人用音響デバイス10の一例のブロック図である。「A」または「B」とともに添付される参照番号は、識別される特徴と、イヤピース12(例えば、左イヤピース12Aおよび右イヤピース12B)のうちの特定の1つとの対応を示す。各イヤピース12は、少なくとも1つの内部マイクロホン(内側マイクロホン)18がその中に配置されてもよい空洞16を画定するケーシング14を含む。ケーシング14に取り付けられるイヤカップリング20(例えば、イヤチップまたはイヤクッション)は、空洞16への開口部を取り囲む。通路22は、イヤカップリング20を通って形成され、空洞16への開口部と連通している。いくつかの実装形態では、実質的に音響的に透明なスクリーンまたはグリル(図示せず)が、内側マイクロホン18を視界から見えなくするためにまたは内側マイクロホン18への損傷を防止するために通路22の中または近くに設けられる。いくつかの例では、外側マイクロホン24は、ケーシングの外部の環境への音響的結合を可能にするようにケーシング上に配置される。いくつかの実装形態では、内側マイクロホン18は、フィードバックマイクロホンであり、外側マイクロホン24は、フィードフォワードマイクロホンである。以下説明する個人用音響デバイスおよび個人用音響デバイスを制御する方法の例について、内側マイクロホン18および外側マイクロホン24の片方または両方が、存在してもよい。
【００２９】
各イヤホン12は、内側および外側マイクロホン18および24と通信するANR回路26を含む。ANR回路26は、内側マイクロホン18によって発生する内側信号および外側マイクロホン24によって発生する外側信号を受信し、対応するイヤピース12についてANRプロセスを行う。プロセスは、イヤホン12の外部の1つもしくは複数の音響雑音源からの音を低減するまたはユーザによって聞かれるのを実質的に防止する雑音防止音響信号を発生させるために、空洞16内に配置される電気音響変換器(例えば、スピーカ)28に信号を提供することを含む。
【００３０】
例示されるように、制御回路30は、内側マイクロホン18と通信し、2つの内側信号を受信する。あるいは、制御回路30は、外側マイクロホン24と通信してもよく、2つの外側信号を受信する。別の代替案では、制御回路30は、内側マイクロホン18および外側マイクロホン24の両方と通信してもよく、2つの内側信号および2つの外側信号を受信する。ある例では、制御回路30は、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)を有するマイクロコントローラまたはプロセッサを含み、2つの内側マイクロホン18からの内側信号および/または2つの外側マイクロホン24からの外側信号は、アナログ/デジタルコンバータによってデジタル形式に変換される。受信した内側および/または外側信号に応答して、制御回路30は、様々なアクションを取ることができる。例えば、個人用音響デバイス10に供給される電力は、片方のまたは両方のイヤピース12がオフヘッドであるという決定がされると低減されてもよい。別の例では、全電力が、少なくとも1つのイヤピースがオンヘッドになるという決定に応答してデバイス10に戻されてもよい。個人用音響デバイス10の他の態様は、イヤピース12の動作状態の変化が起こったという決定に応答して変更されまたは制御されてもよい。例えば、ANR機能性は、有効にされまたは無効にされてもよく、オーディオ再生は、開始され、中断されまたは再開されてもよく、着用者への通知は、変えられてもよく、個人用音響デバイスと通信するデバイスは、制御されてもよい。例示されるように、制御回路30は、デバイス10のための電源32を制御するために使用される信号を発生させる。制御回路30および電源32は、イヤピース12の片方もしくは両方内にあってもよくまたはイヤピース12と通信する別個の筐体内にあってもよい。
【００３１】
イヤピース12が、頭部上に位置するとき、イヤカップリング20は、耳の一部分および/または耳に隣接するユーザの頭部の一部分に係合し、通路22は、外耳道への入口に面するように配置される。結果として、空洞16および通路22は、外耳道に音響的に結合される。少なくともある程度の音響シールが、イヤカップリング20とイヤカップリング20が係合するユーザの耳および/または頭部の一部分との間に形成される。この音響シールは少なくとも部分的に、音響的に結合された空洞16、通路22および外耳道をケーシング14およびユーザの頭部の外部の環境から音響的に隔離する。これは、ケーシング14、イヤカップリング20ならびに耳および/またはユーザの頭部の一部分がある程度のPNRを提供するために協力することを可能にする。その結果、外部の音響雑音源から放出される音は、空洞16、通路22および外耳道に達する前に、少なくともある程度減衰する。各スピーカ28によって発生する音は、イヤピース12の空洞16および通路22ならびにユーザの外耳道内を伝搬し、ケーシング14、イヤカップリング20および外耳道の表面から反射することもある。この音は、内側マイクロホン18によって感知することができる。それ故に、内側信号は、スピーカ28によって発生する音に応答する。
【００３２】
イヤピース12が、オフヘッドであるようにユーザから取り外され、イヤカップリング20がもはや、ユーザの頭部に係合しないとき、空洞16および通路22は、ケーシング14の外部の環境に音響的に結合される。これは、スピーカ28からの音が空洞16および通路22を通り、外部の環境内に伝搬することを可能にする。音は、空洞16、通路22および外耳道によって画定される小さな体積に制限されない。その結果、スピーカ28を駆動する信号に対する内側マイクロホン18の内側信号によって定義される伝達関数は典型的には、2つの動作状態について異なる。特に、オンヘッド動作状態についての伝達関数の大きさ特性は、オフヘッド動作状態についての伝達関数の大きさ特性とは異なる。同様に、オンヘッド動作状態についての伝達関数の位相特性は、オフヘッド動作状態についての伝達関数の位相特性とは異なる。
【００３３】
外側マイクロホン24によって発生する外側信号は、相補的に使用されてもよい。イヤピース12が、頭部に配置されるとき、空洞16および通路22は少なくとも部分的に、イヤカップリング20とユーザの耳および/または頭部の一部分との間に形成される音響シールに起因して外部の環境から音響的に隔離される。それ故に、スピーカ28から放出される音は、外側マイクロホン24に達する前に減衰する。その結果、外側信号は一般に、イヤピース12が、オンヘッド動作状態にある間は、スピーカ28によって発生する音に対して実質的に応答しない。
【００３４】
イヤピース12が、オフヘッドであるようにユーザから取り外され、イヤカップリング20が従って、ユーザの頭部から係合しなくなるとき、空洞16および通路22は、ケーシング14の外部の環境に音響的に結合される。これは、スピーカ28からの音が外部の環境内に伝搬することを可能にする。結果として、スピーカ28を駆動する信号に対する外側マイクロホン24の外側信号によって定義される伝達関数は一般に、2つの動作状態について異なる。より詳しくは、オンヘッド動作状態についての伝達関数の大きさおよび位相特性は、オフヘッド動作状態についての伝達関数の大きさおよび位相特性とは異なる。
【００３５】
伝達関数は、測定によって決定することができる。例えば、内側マイクロホン信号が使用される場合、約60ユーザのサンプルについてスピーカ28を駆動する信号に対する内側マイクロホン18の内側信号によって定義される伝達関数の大きさは、インイヤ型音響雑音消去ヘッドホンについてのオンヘッドおよびオフヘッド動作状態の両方について図2Aに示される。図2Bは、同じヘッドホンおよびユーザのサンプルについてのスピーカ28を駆動する信号に対する内側マイクロホン18の内側信号によって定義される伝達関数の位相を両方の動作状態について示す。図2Aおよび図2Bにおける灰色のエリアは、サンプリングされたユーザの伝達関数の大きさまたは位相特性をそれぞれ包含するエンベロープに対応する。
【００３６】
オンヘッド動作状態についての大きさの広い変化は、すべての図示される周波数にわたって明らかであり、イヤピースが各ユーザの頭部に支えられている仕方の変化に部分的に起因している。(図2A〜図2Bのような)インイヤ型ヘッドホンの場合は、これらの変化は、異なるユーザの耳内でのイヤチップの変化する適合に起因する可能性がある。(図3A〜図4Bのような)オンイヤ型またはアラウンドイヤ型ヘッドホンの場合は、これらの変化は、イヤピースがユーザの頭部にいかに良く位置しているかに影響を及ぼす可能性があるユーザの髪および眼鏡の着用などのユーザ間での身体的相違に起因する可能性がある。スピーカ28に対する内側マイクロホン18の場所は典型的には異なることになるので、一般に、伝達関数はイヤピースの他のモデルおよび型について異なることが、当業者によって認識されることになる。図2Aおよび図2B中のプロットされた線34および36は、オフヘッド動作状態についての伝達関数の大きさおよび位相をそれぞれ示す。オンヘッド動作状態とは異なり、一般に、各ユーザの身体的特性および適合の良好さはオフヘッド伝達関数に関係していないので、オフヘッド動作状態についての大きさおよび位相は、すべてのユーザについて実質的に同じである。
【００３７】
イヤピースの内側マイクロホンによって感知される単一周波数信号(すなわち、トーン)の大きさが、約数百Hzに至るまで延びる周波数範囲内の同じ周波数におけるオフヘッド動作状態についての伝達関数の大きさ34と比較できることは、図2Aから分かる。この周波数範囲内では、オンヘッドの大きさは、オフヘッドの大きさ34とは異なる。もし内側信号の大きさが、オフヘッド動作状態についての大きさ34を超えるならば、イヤピース12がオンヘッドであるという決定がなされてもよい。一例では、イヤピースがオンヘッドであるという決定は、予め定義された差(限定されない一例では10dB)だけ所定の大きさ(トーン周波数におけるプロット34)を超えるということに基づいている。逆に、もしトーン周波数における内側信号の大きさが、オフヘッド動作状態についての所定の大きさ34(または所定の大きさおよび予め定義された差)を超えないならば、イヤピースがオフヘッドであるという決定が、なされる。
【００３８】
内側マイクロホンによって感知されるトーンの位相が、オンヘッドの位相がオフヘッドの位相36と異なる約1.5kHz(垂直の点線によって示される)を含めたある範囲の周波数について同じ周波数におけるオフヘッド動作状態についての伝達関数の位相36と比較することができるということが、図2Bから分かる。もし内側信号の位相が、オフヘッド動作状態についての位相36未満であるならば、イヤピース12がオンヘッドであるという決定が、なされてもよい。一例では、イヤピース12がオンヘッドであるという決定は、予め定義された差(限定されない一例では10度)だけ位相を超えるトーン周波数における所定の位相36に基づいている。逆に、もしトーン周波数における内側信号の位相が、オフヘッド動作状態についての所定の位相36(および/または所定の大きさおよび予め定義された差)を超えないならば、イヤピースがオフヘッドであるという決定がなされる。
【００３９】
図3Aおよび図3Bは、左イヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ28を駆動する信号に対する内側マイクロホン18の内側信号によって定義される伝達関数の位相および大きさ特性をそれぞれ描写するプロットを示す。同様に、図4Aおよび図4Bは、同じユーザの右耳についてのスピーカ28を駆動する信号に対する内側マイクロホン18の内側信号によって定義される伝達関数の位相および大きさ特性をそれぞれ描写するプロットを示す。図3A〜図3Bおよび図4A〜図4Bは、Framingham, MAのBose Corporationから入手できるQuiet Comfort(登録商標)25 Acoustic Noise Cancelling(登録商標)ヘッドホンを使用して生成された。各図はまた、オフヘッド動作状態についての対応する位相または大きさも含む。オンヘッド動作状態についての左および右耳の伝達関数の特性は、似ていることが、観察できる。その上、(図2A〜図2Bを参照して上で述べられたようなインイヤ型ヘッドホンの場合と同様に)オンヘッド対オフヘッド動作状態についてプロットされる特性の差は、位相および大きさ特性の両方について広い周波数帯域にわたって顕著であることが、容易に分かる。例えば、10Hzにおいては、約40dBの大きさの差がある。したがって、ヘッドセットの動作状態のより正確な決定を可能にするために、一群のユーザに従って較正するのではなく、特定のユーザについてのヘッドセットを「較正する」ことが望ましいこともある。一実施では、ヘッドセットは、個々のユーザについて較正されてもよく、決定されたオンヘッド特性は、そのユーザによるその後の使用のために各特定のユーザに従って保存されてもよい。
【００４０】
図5は、外側マイクロホン24からの外側信号が使用される場合についての伝達関数の位相特性を示す。伝達関数は、図2Aおよび図2Bに示される伝達関数のために使用されるものと同様のインイヤ型音響雑音消去ヘッドホンについて多数ユーザについてのスピーカ28を駆動する信号に対する外側信号によって定義される。図中の灰色のエリアは、オンヘッド動作状態についてすべてのユーザについての位相特性を包含するエンベロープに対応し、実線40は、オフヘッド動作状態についての位相特性を表す。位相は、約4KHzから7KHzよりも大きく延びる周波数の範囲にわたって2つの動作状態について異なることが、分かる。
【００４１】
図6Aおよび図6Bは、アラウンドイヤ型ヘッドホンの1つのイヤピースについて単一ユーザについてのスピーカ駆動信号に対する外側信号によって定義される伝達関数の大きさおよび位相特性をそれぞれ描写するプロットを示す。プロット50および52は、単一ユーザについてのオンヘッド動作状態と関連付けられる。プロット54および56は、そのユーザについてのオフヘッド状態と関連付けられる。プロットについての測定結果は、図3A〜図4Bに関して上述したQuiet Comfort(登録商標)25 Acoustic Noise Cancelling(登録商標)ヘッドホンを使用して生成された。300Hz未満から約1KHzに延びる周波数の範囲にわたってかつより高い周波数における他の周波数範囲にわたってオンヘッドおよびオフヘッド動作状態について大きさに差があることが、図から分かる。加えて、オンヘッドまたはオフヘッド動作状態を決定するのに適している位相に差がある、周波数の多数の範囲がある。
【００４２】
図7は、個人用音響デバイスを制御する方法100の一例の流れ図表現である。方法100は、個人用音響デバイスのイヤピース上に配置されるマイクロホンに受信される音響信号に応答する第1の電気信号を発生させるステップ110を含む。マイクロホンは、それが、イヤピースとユーザの頭部および/もしくは耳とによって形成される音響空洞内にあるようイヤピース上の場所にあってもよく、またはマイクロホンは、それが、イヤピースの外部の環境に音響的に結合されるようイヤピース上の場所にあってもよい。
【００４３】
伝達関数は、イヤピース内のスピーカを駆動するために使用される第2の電気信号と比較して第1の電気信号に基づいて決定される120。伝達関数は、大きさ伝達関数、位相伝達関数、または大きさおよび位相特性の両方を有する伝達関数であってもよい。伝達関数は、いくつかの方法で決定されてもよい。例えば、伝達関数は、単一周波数、いくつかの離散周波数、および/または1つもしくは複数の周波数範囲について決定されてもよい。第2の電気信号は、単一周波数(トーン)、離散周波数の組み合わせ、1つもしくは複数の周波数帯域、または1つもしくは複数のトーンおよび1つもしくは複数の周波数帯域の組み合わせを含んでもよい。一例では、トーンは、サブオーディオトーン(すなわち、約20Hzを下回るトーン)であってもよい。代替例では、トーンは、約200Hzから約300Hzの周波数範囲にあってもよい。別の例では、第2の電気信号は、音楽、スピーチおよび類似のものを含んでもよいオーディオコンテンツ信号であってもよい。
【００４４】
方法100は、伝達関数の特性に基づいて個人用音響デバイスの動作状態を決定するステップ130をさらに含む。一例として、特性は、第2の電気信号の周波数または複数周波数などの1つまたは複数の所定の周波数における伝達関数の大きさとすることができる。あるいは、伝達関数の特性は、予め定義された周波数範囲にわたるパワースペクトルであってもよい。例えば、パワースペクトル特性は、第2の電気信号が、オーディオコンテンツ信号であるとき、有用なこともある。パワースペクトルを決定するステップは、第1および第2の電気信号を周波数領域に変換するステップならびに追加の処理を行うステップを含んでもよい。別の代替案では、特性は、1つまたは複数の所定の周波数における伝達関数の位相とすることができる。限定されない一例では、所定の周波数は、オフヘッド動作状態に関して図2Bでのユーザのオンヘッド動作状態についてのその周波数における位相間の顕著な分離に対応する約1.5KHzとすることができる。
【００４５】
一例では、スピーカのための第2の電気信号は、電池によって提供されることもある電力を節約するために、短期間一定の間隔をおいて適用される。例えば、もし動作状態の決定が、中断および再生状態またはモードなどの、個人用音響デバイスのオーディオ出力モードを自動的に変えるために使用されるならば、適用は、数秒またはそれ以下だけの時間的な隔たりがあってもよい。あるいは、例えば、もし動作状態の決定が、個人用音響デバイスの電力状態を変えるために使用されるならば、適用は、数分またはそれ以上だけの時間的な隔たりがあってもよい。第2の電気信号の適用の持続時間は、変化することができる。例えば、もしより高い周波数トーンが、使用されるならば、持続時間は、トーンにおけるサイクル数が保存されるよう減少されてもよい。逆に、第2の電気信号の持続時間は、第2の電気信号の大きさが信号対雑音比を低下させることなく減少されることを可能にするために延長されてもよい。
【００４６】
方法100は、個人用音響デバイスの両方のイヤピースに適用されてもよい。もしイヤピースの1つだけが、その動作状態を変えると決定されるならば、個人用音響デバイスの一組の動作が、変えられてもよい。対照的に、もし両方のイヤピースが、状態を変えたと決定されるならば、異なる組の動作が、変更されてもよい。例えば、もし1つのイヤピースだけが、オンヘッドからオフヘッド動作状態に変えられたと決定されるならば、個人用音響デバイスのオーディオ再生は、中断されてもよい。オーディオ再生は、もしイヤピースが、オンヘッド動作状態に戻ると決定されるならば、再開されてもよい。別の例では、もし両方のイヤピースが、オンヘッドからオフヘッド動作状態に変わったと決定されるならば、個人用音響デバイスは、電力を節約するために低電力状態に入れられてもよい。逆に、もし両方のイヤピースが次いで、オンヘッド動作状態に変わると決定されるならば、個人用音響デバイスは、通常の動作電力モードに変えられてもよい。
【００４７】
図8Aおよび図8Bは、図3A〜図4Bにおいて特徴付けられるヘッドホンの左および右イヤピースそれぞれの内側マイクロホン18によって発生する内側信号についての時間に関する信号電圧の11のプロットを示す。スピーカのための駆動信号は、0.5ボルト振幅の10Hzトーンである。各プロットは、オンヘッド状態にあるイヤカップ型イヤピースを有するユニークユーザに対応する。各図はまた、テーブル面に対して平らに「フェイスダウン」で置かれるときのイヤカップについての測定結果を表す点線プロットおよびオフヘッド状態にある各イヤピースについて内側信号についての振幅の実線プロットも含む。
【００４８】
オンヘッド状態にあるすべてのユーザについての内側信号の大きさは、オフヘッド状態についての内側信号の大きさよりも実質的に大きいことが、2つの図から分かる。加えて、2つのイヤカップについて決定される信号に有意な差がないということが、2つのプロットの比較によって分かる。
【００４９】
図9Aおよび図9Bは、図8Aおよび図8Bの測定結果とそれぞれ関連する11人のユーザの各々についての内側信号の平均エネルギーの散布図である。各散布図はまた、約-24dBの平均エネルギーを有する「OFC」データ点および約-48dBの平均エネルギーを有する「OFO」データ点も含む。OFCデータ点は、テーブル上に平らに配置されるイヤピースに対応し、OFOデータ点は、オフヘッド状態にあるイヤピースに対応する。OFCデータ点の平均エネルギー未満である平均エネルギーを有するユーザデータ点は、図9Aには1つあり、図9Bには2つある。これらの3つのユーザデータ点は、ユーザの頭部へのイヤピースの不十分な適合を示すが、しかしながら、これらのデータ点は、OFOオフヘッドデータ点よりも実質的に大きい平均エネルギーに対応し、従って、例えばイヤピースが、ユーザに関して適切に配置されないこともあるときでさえ、本方法の適合性を示すことに気付くことになる。
【００５０】
上述した方法に用いられる伝達関数の特定の特性、ならびに内側マイクロホン信号、および外側マイクロホン信号、または両方が使用されるかどうかは、ヘッドセットの型に基づいてもよい。例えば、アラウンドイヤ型イヤピースを有するヘッドセットは、動作状態を決定するために伝達関数の大きさ特性に基づいて本方法を利用してもよく、インイヤ型ヘッドセットは、伝達関数の位相特性に基づいて本方法を利用してもよい。いくつかの実装形態では、本方法は、伝達関数の大きさおよび位相特性の両方に基づいている。その上、本方法は、イヤピースの動作状態を決定するために1つもしくは複数の他の方法と組み合わせてまたは動作状態を決定する異なる方法によってなされる決定を確認するために使用されてもよい。例えば、上記の方法は、イヤピースがオフヘッドであることを感知する近接センサ(例えば、静電容量センサ)および/または運動センサ(例えば、加速度計)からなされる決定を確認するために使用されることもあり得る。
【００５１】
上述した様々な例では、フィードバック(もしくは内側)および/またはフィードフォワード(もしくは外部)マイクロホンが、使用されるが、しかしながら、マイクロホンは、ANRシステムの一部である必要はなく、1つまたは複数の独立したマイクロホンが、代わりに使用されてもよいことが、認識されるべきである。
【００５２】
いくつかの実装形態が述べられている。それにもかかわらず、上記の記載は、特許請求の範囲によって規定される発明概念の範囲を例示することを目的としており、それを限定することを目的としていないということが、理解されるであろう。他の例は、次の特許請求項の範囲内である。
【符号の説明】
【００５３】
10  個人用音響デバイス
12  イヤピース
12A  左イヤピース
12B  右イヤピース
14  ケーシング
16  空洞
18  内側マイクロホン
20  イヤカップリング
22  通路
24  外側マイクロホン
26  ANR回路
28  電気音響変換器、スピーカ
30  制御回路
32  電源
34  オフヘッド動作状態についての伝達関数の大きさを示すプロット
36  オフヘッド動作状態についての伝達関数の位相を示すプロット
40  オフヘッド動作状態についての位相特性を表すプロット
50  単一ユーザについてオンヘッド動作状態と関連付けられるプロット
52  単一ユーザについてオンヘッド動作状態と関連付けられるプロット
54  単一ユーザについてオフヘッド動作状態と関連付けられるプロット
56  単一ユーザについてオフヘッド動作状態と関連付けられるプロット
100  個人用音響デバイスを制御する方法
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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